物理

簡単でわかりやすい!比熱と熱容量の違いと共通点!例題も理系ライターが詳しく解説

20℃の水を100℃のお湯にしたい時、どれだけエネルギーが必要か分かるか?これを計算するのに、「20℃の水を100℃に加熱。」「80℃差。そう、熱容量に80をかけたらいい。」「いや待てよ、今回は比熱が与えられてるな。比熱だと重さもかける?」…比熱と熱容量はごっちゃになりそうです。区別が曖昧だと計算間違いの元になるぞ!

今回は熱力学に詳しいライターR175と一緒に「比熱」と「熱容量」の違いをはっきりさせていくぞ!

ライター/R175

理科教員を目指すブロガー。前職で高温電気炉を扱っていた。その経験を活かし、教科書の内容と実際の現象を照らし合わせて分かりやすく解説する。

1.比熱と熱容量とは?

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比熱も熱容量も温度を上げるため、どれだけエネルギーが必要かを表す「温めやすさ」の指標。物質全体の温度を1℃上げるのに必要なエネルギーが熱容量で、物質1gの温度を1℃上げるのに必要なエネルギーが比熱です。

これを丸暗記すれば、温度上昇の計算は余裕かもしれないですね。ただ、なぜこのような定義をしているかを理解していないと公式を忘れやすく、比熱と熱容量が区別できなくなって計算間違いをするリスクも出てきます。この記事で熱容量と比熱の違いを明確にしていきましょう。

2.比熱と熱容量の共通点

2.比熱と熱容量の共通点

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まずは共通点からみていきましょう。比熱も熱容量も温度1℃上げるのに必要なエネルギー、つまり物質の温めやすさの指標。

物質は温度が高くなればなるほど、エネルギーを多く持っているものです。なぜなら、温度が高いほど物質を構成する原子の運動が激しいから。温度を上げるためにはエネルギーが必要ですよね。どのくらいのエネルギーが必要なのか?それを計算するために、比熱や熱容量を使います。以下例題を見てみましょう。

2-1.湯沸かしエネルギー

2-1.湯沸かしエネルギー

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20℃の水を100℃まで沸かします。20℃から60℃まで沸かすのに200KJのエネルギーが必要でした。

Q1.60℃からさらに100℃まで沸かすのにどれだけエネルギーが要るでしょうか?
A1.20℃→60℃、40℃差で200KJ。
      60℃→100℃も40℃差なのであと200KJ必要。
   答えは200KJ。

Q2.20℃→80℃まで上げるには何J必要でしょうか?
A2.20℃→60℃、40℃差で200KJ必要。と言うことは、
   1℃加熱するのに必要なエネルギーは200KJ/40=5KJ。
      20℃→80℃の60℃差だと、5KJx60で300KJ必要。
    答えは300KJ。

ここで出てきた、1℃加熱するのに必要なエネルギー5KJこそ熱容量。その5KJを質量[g]で割った値が比熱いずれにせよ、温度1℃上げるのに必要なエネルギーであることは変わりありませんね。

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こちらの図を解説していきましょう。温度差が大きいほど、より多くの加熱エネルギーが必要です。物質Aは100KJ使って30℃上昇、物質Bは110KJ使って50℃上昇したとすると、物質Bの方が加熱に必要なエネルギーが多かったので、物質Bの方が温めにくい気がしますがそんなことはないですよね?

比熱も熱容量も、温度1℃加熱するのに必要なエネルギーを表し、温めやすさをフェアに比較しています

3.比熱と熱容量の違い

では、比熱と熱容量の違いを簡単に解説していきましょう。

\次のページで「3-1.何だかんだ比熱が便利」を解説!/

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